智能變電站500 kV斷路器保護(hù)配置方案研究

趙亞飛 范 巖

(中國電力技術(shù)裝備有限公司鄭州電力設(shè)計院，河南 鄭州 450000)

0 引言

新型智能變電站建設(shè)目標(biāo)重點提出“結(jié)構(gòu)布局合理、系統(tǒng)高度集成、技術(shù)裝備先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保、支持調(diào)控一體”的目標(biāo)[1]。二次設(shè)備的整合直接關(guān)系到“系統(tǒng)高度集成、技術(shù)裝備先進(jìn)”等方面，整合后的效果又有利于“結(jié)構(gòu)布局合理、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)?！?。可見，在新一代智能變電站建設(shè)中，二次系統(tǒng)的集成整合也是重要的研究方向。

本文依照國家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求，結(jié)合工程實踐中的經(jīng)驗和問題針對500 kV智能變電站斷路器保護(hù)配置進(jìn)行分析，優(yōu)化斷路器配置方案，完善斷路器與其他二次設(shè)備結(jié)合問題。在保證功能正常實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，既實現(xiàn)減少設(shè)備數(shù)量，降低設(shè)備投資，又簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高可靠性。

1 綜自變電站500 kV斷路器保護(hù)

500 kV綜自變電站主要采用3/2接線形式的斷路器保護(hù)，其包含自動重合閘、失靈保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、充電過流保護(hù)功能元件，滿足國家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)程規(guī)范關(guān)于斷路器的裝設(shè)要求。500 kV斷路器保護(hù)均為單套配置，接收雙套線路保護(hù)/主變保護(hù)的失靈啟動信號、啟動重合閘信號等，單套斷路器保護(hù)跳閘動作于雙跳閘線圈[2]。例如許繼WDLK-862A-G-001型500 kV斷路器保護(hù)，該裝置可以啟動線路及母差的雙套保護(hù)，出口回路獨立，其啟失靈流程如圖1所示。

通過上述分析可知，單套配置從功能配置上完全可以滿足現(xiàn)有繼電保護(hù)規(guī)程要求。同時，由于3/2接線中，針對串內(nèi)各區(qū)間故障都已完整配置了雙套的主保護(hù)，如母線差動保護(hù)、線路差動保護(hù)、主變差動保護(hù)，實現(xiàn)各保護(hù)范圍交叉，不存在主保護(hù)的范圍缺失。500 kV斷路器保護(hù)主要承擔(dān)的功能：失靈保護(hù)、重合閘均為后備保護(hù)，完全可以單套配置。

2 智能變電站500 kV斷路器保護(hù)

目前智能變電站中，500 kV斷路器保護(hù)均為雙套配置，兩套斷路器保護(hù)分別接收：各自一套線路保護(hù)或主變保護(hù)的啟動失靈、啟動重合閘、母線保護(hù)的跳閘信號；兩套斷路器保護(hù)分別通過GOOSE網(wǎng)發(fā)送：啟失靈，跳母差保護(hù)范圍內(nèi)的各個斷路器，線路保護(hù)發(fā)遠(yuǎn)傳跳對側(cè)斷路器；雙套斷路器保護(hù)跳閘分別動作于對應(yīng)的一組跳閘線圈。其詳細(xì)工作流程圖如圖2所示。

2.1 斷路器保護(hù)雙套配置的缺陷

保護(hù)裝置正常運行情況線路故障：線路保護(hù)1/2發(fā)跳閘命令，同時向斷路器保護(hù)1/2發(fā)啟斷路器失靈；斷路器保護(hù)1/2檢測到一次回路仍有電流(線路保護(hù)跳閘失敗)，斷路器保護(hù)1/2發(fā)跳閘命令跟跳。同時向線路保護(hù)1/2及母差1/2(邊斷路器)發(fā)啟失靈信號，母差1/2跳開母線側(cè)所有開關(guān)，線路保護(hù)1/2發(fā)跳命令，如圖3所示。

保護(hù)裝置檢修或故障時退出運行情況下線路故障：

1)第一套母差/線路保護(hù)退出運行：

由圖4分析：第一套母差退出運行，且斷路器保護(hù)雙套配置，一套線路保護(hù)跳閘失敗，通過斷路器啟母差不成功的情況下，并不影響另一套保護(hù)及網(wǎng)絡(luò)的正常工作。此情況下雙套保護(hù)的可靠性比較高。

2)第一套母差及第二套線路保護(hù)同時退出運行(交叉投運)：

由圖5分析：線路故障，第一套線路保護(hù)跳閘并給斷路器第一套保護(hù)發(fā)啟失靈，斷路器跟跳，同時斷路器保護(hù)向所在第一套母差發(fā)啟動母差失靈信號，此時第一套母差退出，不能聯(lián)跳該母差保護(hù)范圍內(nèi)的各斷路器。由于第二套線路退出運行，斷路器第二套保護(hù)接收不到跟跳信號，也不會向第二套母差發(fā)啟失靈，導(dǎo)致保護(hù)跳閘失敗，危害電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

2.2 斷路器保護(hù)單套配置分析

通過以上分析雙套斷路器保護(hù)配置，一定的保護(hù)退出情況下不能很好的保證電網(wǎng)安全運行，因此結(jié)合500 kV保護(hù)模擬量采樣、GOOSE跳閘的技術(shù)條件，提出500 kV斷路器保護(hù)單套配置方案，優(yōu)化配置，簡化二次回路，優(yōu)化設(shè)備配置，提升集成度。下面分析斷路器單套配置情況下保護(hù)電網(wǎng)情況，如圖6所示。

1)保護(hù)裝置正常運行情況線路故障：線路保護(hù)跳閘失敗，斷路器保護(hù)跟跳，同時向兩套母差發(fā)啟失靈信號，母差保護(hù)跳開保護(hù)范圍內(nèi)的所有斷路器。

2)保護(hù)裝置檢修或故障時退出運行情況下線路故障，交叉投運時，即第一套母差保護(hù)及第二套線路保護(hù)同時退出運行時。

第一套線路保護(hù)發(fā)跳閘命令并同時啟斷路器失靈，斷路器保護(hù)向雙智能終端發(fā)跳閘命令，同時能夠啟動第二套母差保護(hù)，第二套母差保護(hù)跳開其他各串?dāng)嗦菲?，切除故障，保障電網(wǎng)的安全運行，如圖7所示。

2.3 斷路器保護(hù)單套存在問題及解決辦法

斷路器保護(hù)單套配置，必然會引起單套斷路器保護(hù)與其他雙套配置保護(hù)(如：母差、線路差動、主變差動等)配合的問題。智能變電站采用雙重化星形以太網(wǎng)絡(luò)，雙重化的網(wǎng)絡(luò)物理上相互獨立，保證單一網(wǎng)絡(luò)故障時不影響系統(tǒng)運行[3]。由圖6，圖7可看到，單套斷路器保護(hù)需要跨接雙重化過程層網(wǎng)絡(luò)來完成與其他二次設(shè)備的配合。

如果使二次裝置各個數(shù)據(jù)端口物理回路相互獨立，二次裝置中央處理器對外數(shù)據(jù)接口通過GOOSE網(wǎng)接收到幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)包后，經(jīng)過變換器中的變壓器隔離和阻抗匹配后送到PHY(物理接口芯片)中，在此芯片中完成RMII接口的數(shù)字信號變換，獲得信息。不同數(shù)據(jù)端口的內(nèi)部回路及處理芯片完全獨立。配置數(shù)據(jù)接口控制器實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)端口間無任何依存關(guān)系上送至總線，以實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)間的獨立性。

由此可見，裝置不同數(shù)據(jù)端口在物理上完全獨立，不存在相互影響的可能，且不因同一裝置跨接雙網(wǎng)而引發(fā)兩個網(wǎng)絡(luò)間發(fā)生數(shù)據(jù)交換單套斷路器保護(hù)通過獨立的數(shù)據(jù)接口跨接雙重化網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與其他雙套配置二次設(shè)備的信息交互,如圖8所示。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)以上單套斷路器配置方案，對全站500 kV斷路器保護(hù)配置方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

按照500 kV智能變電站3/2接線建設(shè)1個完整串，2個半串的規(guī)模考慮，可以減少7臺斷路器保護(hù)裝置。按照每臺斷路器保護(hù)15萬計，可減少設(shè)備投資105萬元。遠(yuǎn)期規(guī)模按7個完整串考慮，可減少21臺斷路器保護(hù)裝置，總計減少設(shè)備投資315萬元。

4 結(jié)語

本工程圍繞“兩型一化”“配送式、模塊化建設(shè)”的核心理念，深入總結(jié)提煉已投運試點工程經(jīng)驗，提高智能變電站信息共享程度和功能集成程度。通過分析500 kV斷路器保護(hù)配置方案，解決了斷路器保護(hù)雙套配置的存在的隱患，提出了單套斷路器保護(hù)對應(yīng)雙保護(hù)裝置采用不同數(shù)據(jù)端口在物理上完全獨立的方案，且該方案下不會因同一裝置跨接雙網(wǎng)而引發(fā)兩個網(wǎng)絡(luò)間發(fā)生數(shù)據(jù)交換，單套斷路器保護(hù)通過獨立的數(shù)據(jù)接口跨接雙重化網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與其他二次設(shè)備的信息交互。